Preboj v raziskavah metana: marburška ekipa dekodira ključne encime

Preboj v raziskavah metana: marburška ekipa dekodira ključne encime

16. aprila 2025 je raziskovalna skupina s Philipps University Marburg dosegla obetaven preboj v raziskavah metana. Ugotovitve, objavljene v priznani raziskovalni reviji Narava, se osredotočajo na aktivacijo metil koencima M reduktaze (MCR), osrednjega encima pri biološki proizvodnji metana. Metan (CH4) ima mnogokrat večji potencial globalnega segrevanja kot ogljikov dioksid (CO2) in zato predstavlja pomemben izziv v boju proti podnebnim spremembam.

Prvič so raziskovalci lahko izolirali in karakterizirali aktivacijski kompleks MCR iz metanogenega modelnega organizma. Ta proces zahteva majhen protein, znan kot McrC, kot tudi specifične metanogene označevalne proteine ​​(MMP) in ATPazo. Aktivacija MCR je orkestrirana z zagotavljanjem energije v obliki ATP. Do zdaj ni bilo jasno, kako natančno deluje ta mehanizem, zlasti zaradi izziva, povezanega z atomom niklja v kofaktorju F430.

Razvoj biokemične proizvodnje metana

Raziskovalci so s krioelektronsko mikroskopijo identificirali tri specializirane kovinske spojine, imenovane L-grude. Ti L-grozdi, za katere so prej domnevali le, da so povezani z nitrogenazami, kažejo zanimivo povezavo med proizvodnjo metana in fiksacijo dušika. Ta napredek bi lahko imel pomembne posledice za uravnavanje emisij metana in razumevanje biogeokemičnih ciklov.

Rezultati študije veljajo za mejnik v raziskavah biokemičnih procesov. Prof. dr. Gert Bange, vodilni znanstvenik na Univerzi v Marburgu, poudarja odličnost univerze v mikrobiologiji in podnebnih raziskavah ter poudarja perspektive, ki jih nova dognanja ponujajo za podnebne raziskave in evolucijsko biologijo. Izvirna publikacija o tem je pod DOI: 10.1038/s41586-025-08890-7 najti.

Povezava med metanogeni in mikrobi

Ugotovitve o MCR so še posebej pomembne, ker jih je treba obravnavati v kontekstu prejšnjih raziskav. Na primer, Ueno et al. (2006) mikrobna metanogeneza v zgodnji arhejski dobi. Wolfe in Fournier (2018) analizirata tudi, kako je horizontalni prenos genov vplival na razvoj metanogenov. Delo Thauerja in drugih (2008; 2019) kaže, kako so poudarjene ekološke razlike v proizvodnji energije in vloga reduktaz metil-koencima M pri anaerobnem nastajanju metana.

Inštitut Maxa Plancka za biofiziko in Inštitut Maxa Plancka za kopensko mikrobiologijo v Marburgu prav tako prispevata k temu področju znanja s proučevanjem proizvodnje metana s strani arhebakterij v okoljih brez kisika. Te arhebakterije so aktivne v različnih habitatih, kot so riževa polja, barja in kravji želodci, in igrajo bistveno vlogo pri biološkem nastajanju metana.

S poglobljenim poznavanjem encimskih struktur, zlasti nikelj-železovih hidrogenaz, ki so ključne za tvorbo metana, bi lahko razvili prihodnje tehnične aplikacije pri proizvodnji vodika. Te encime bi bilo mogoče optimizirati za povečanje njihove stabilnosti glede na kisik in tako odpreti nove možnosti za proizvodnjo energije.

Sedanje raziskave obljubljajo ne le boljše razumevanje biološke proizvodnje metana, ampak tudi pristope k boju proti podnebnim izzivom z izboljšanimi tehnologijami.